三种不同干细胞移植治疗渐冻症的研究进展与挑战!

2021
04/29

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杭吉泰迪干细胞
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不同种类干细胞治疗 ALS 的临床前试验分别阐述了其作用机制及现状,并指出 了有希望的途径。

肌萎缩性侧索硬化(ALS)是一种进展快速且致命的神经变性疾病,以上、下运动神经元的进行性退化为主要特征。

目前 ALS 的发病及进展机制尚不明确,且尚无阻止或逆转ALS的有效治疗方法。

近年来,干细胞移植为ALS的治疗提供了新思路,一些评估干细胞移植治疗ALS潜力的早期临床试验已经启动,干细胞移植可能是维持和培养运动神经元的可行方案。

以干细胞为基础的治疗是目前神经退行性疾病治疗的研究热点。细胞治疗通过移植新的神经元替换退化或死亡的神经元,使干细胞或祖细胞以某种方式在体内分化为所需的细胞类型。

现就不同种类干细胞治疗 ALS 的临床前试验分别进行阐述。

间充质干细胞

MSCs移植作为多种组织和器官疾病的治疗方案,在动物模型实验和人体试验中得到了证实,包括缺血性脑损伤和神经退行性疾病。

目前,鞘内注射和静脉注射骨髓间充质干细胞(BMSCs)的Ⅰ期试验尚无相关不良反应的报道;此外,注射脂肪来源MSCs的相关试验也较安全。

间充质干细胞基础研究

研究表明,将人或啮齿动物来源MSCs移植至标准SOD1突变体SOD1G93A小鼠,能明显改善运动功能和延长寿命,与0.9%氯化钠注射液组相比,MSCs组小鼠四肢的运动活性和运动功能更好,体重下降速度减慢,平均寿命延长[1]。

临床案例

有学者将37例BMSCs移植ALS患者分为 “应答者” 和“无应答者” 两组,结果显示前者ALS功能评分量表评分的降幅明显较小[2]。

另有研究使用培养中分化的BMSCs增强神经营养因子的分泌,将这些细胞肌内联合鞘内注射给14例患者,与移植前3个月的磨合期相比,BMSCs移植后6个月的随访期内ALS功能评分量表评分和用力肺活量下降程度均减少[3]。 由此可见,BMSCs 移植可改善ALS患者的临床症状。

MSCs移植治疗可能通过延长受损运动神经元的生存时间以及保存现有运动回路来发 挥作用,可以通过以下几种方式实现。

1、MSCs分泌神经营养因子的旁分泌效应

人脐带 MSCs能够分泌脑源性神经营养因子、神经生长因子、神经营养 因子 3、血管内皮生长因子、胰岛素样生长因子-1、 胶质细胞源性神经生长因子( GDNF) 6 种不同的神经营养因 子,这些分泌因子单独或联合均可以旁分泌的方式 促进病变运动神经元的存活。

2、 MSCs对外周血T细胞的免疫调节作用

MSCs与ALS患者外周血单核细胞共培养时,γ干扰素、白细胞介素-4、白细胞介素-10等抗炎细胞因子水平升高,Treg 细胞诱导增强;此外,MSCs 的免疫调节能力明显由固有免疫介导的Toll样受体介导。 因此,随着外周免疫细胞向中枢神经系统浸润,MSCs 移植诱导的Treg细胞潜能显得尤为重要。

3、MSCs 对胶质细胞介导神经炎症的潜在调节作用

除外周免疫细胞外,MSCs还可以调节中枢神经系统胶质细胞的固有免疫反应。非神经元细胞自主性因素是ALS的重要病理学特点,而中枢神经胶质细胞对运动神经元的死亡起着至关重要的作用。

神经干细胞

神经干细胞可能提供神经营养支持和取代胶质细胞 或中间神经元,并可能通过分泌多种分子和生长因 子发挥神经保护作用。 欧洲和美国已经开展了利用人胚胎组织来源的神经干细胞在培养物中扩增的ALS相关试验[4-5]。

神经干细胞基础研究

将胎儿皮质来源的NSCs移植至ALS模型SOD1G93A大鼠脊髓后,NSCs能够分化为神经保护性 星形胶质细胞;若NSCs经转基因产生GDNF,对ALS模型SOD1G93A大鼠的运动神经元产生有益影响,不仅可延缓ALS模型SOD1G93A大鼠的发病、延长其存活时间、改善上运动神经元的健康状况,甚至可提高ALS模型SOD1G93A 大鼠脊髓运动神经元的存活率[6]。

研究证明,ALS患者的萎缩脊髓可以耐受至少3mL细胞悬液以及最多20次不同脊髓节段的注射;且NSCs移植后随访2年,未发现肿瘤生长[7]。 可见,NSCs移植未加速 ALS的疾病进展,且ALS患者的NSCs移植相对安全可行。

胚胎干细胞

人类胚胎干细胞( hESCs)是一种源于人囊胚内细胞团,经体外分离、 培养获得的原始多能干细胞。

胚胎干细胞基础研究

Izrael等[8]进一 步对 ALS 动物模型(高拷贝数hSOD1G93A转基因小鼠和大鼠) 的研究发现,hES-AS 鞘内注射可明显延缓hSOD1G93A小鼠和大鼠ALS的发病,并有助于维持运动功能和延缓死亡;与正常星形胶质细胞相似,hESCs可通过多种机制保护运动神经元,如清除谷氨酸、分泌多种神经保护因子、中和活性氧类、促进神经生长;

与空白载体溶液对照组相比,hESCs治疗组大鼠运动能力维持正常时间延长1个月以 上;hESCs治疗组大鼠的中位生存期为216d,而对照组大鼠的中位生存期为182d,表明鞘内注射可延缓ALS发病和疾病进展,进而延长生存期。

上述研究均证实了鞘内注射hESCs治疗ALS的可行性、安全性和潜在疗效。

小结

干细胞的临床前研究为人类试验奠定了基础, 将干细胞分化为具有治疗潜力的细胞,揭示了通过改善疾病微环境毒性减缓神经退行性变的可能机制。

在已经证明安全的干细胞源中,确定最有效的干细胞来源、剂量、给药部位及方法,对进一步提高干细胞移植治疗的功效具有重要意义。干细胞移植在治疗ALS和其他神经退行性疾病方面具有巨大的应用潜力, 但以干细胞为基础的治疗仍需要大量研究。

参考

【1】:Uccelli A,Milanese M,Principato MC,et al.Intravenous mesen- chymal stem cells improve survival and motor function in experi- mental amyotrophic lateral sclerosis [ J ].Mol Med, 2012, 18:

【2】:Kim HY,Kim H,Oh KW,et al.Biological markers of mesenchy- mal stromal cells as predictors of response to autologous stem cell transplantation in patients with amyotrophic lateral sclerosis:An investigator-initiated trial and in vivo study [ J ].Stem Cells, 2014,32(10) :2724-2731.

【3】:Petrou P,Gothelf Y,Argov Z,et al.Safety and Clinical Effects of Mesenchymal Stem Cells Secreting Neurotrophic Factor Trans- plantation in Patients with Amyotrophic Lateral Sclerosis:Results of Phase 1 /2 and 2a Clinical Trials [ J].JAMA Neurol,2016, 73(3) :337-344.

【4】:Mazzini L,Gelati M,Profico DC, et al.Human neural stem cell transplantation in ALS: Initial results from a phase I trial [ J]. J Transl Med,2015,13:17.

【5】:Glass JD,Hertzberg VS,Boulis NM,et al.Transplantation of spinal cord-derived neural stem cells for ALS:Analysis of phase 1 and 2 trials[ J].Neurology,2016,87(4) :392-400.【6】:Thomsen GM,Avalos P,Ma AA,et al.Transplantation of Neural Progenitor Cells Expressing Glial Cell Line-Derived Neurotrophic Factor into the Motor Cortex as a Strategy to Treat Amyotrophic Lateral Sclerosis[ J].Stem Cells,2018,36(7) :1122-1131.

【7】:Boulis NM, Federici T, Glass JD, et al.Translational stem cell therapy for amyotrophic lateral sclerosis [ J ].Nat Rev Neurol, 2011,8(3) :172-176.

【8】:Izrael M, Slutsky SG, Admoni T, et al.Safety and efficacy of human embryonic stem cell-derived astrocytes following intrathecal transplantation in SOD1 G93A and NSG animal models [ J].Stem Cell Res Ther,2018,9(1) :152.

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关键词:
MSCs,渐冻症,干细胞,ALS,移植,挑战,治疗,胶质

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